(57)【要約】アーク中に溶接終了信号が入力されると溶接用ワイヤを加速させて溶接用ワイヤと母材との短絡を発生させ、その後に溶接用ワイヤを逆送させて所定のワイヤ逆送速度に達すると、ワイヤ送給速度を所定のワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させた後に溶接用ワイヤの送給を停止させ、溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止するアーク溶接方法。
2011024380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク中に溶接終了信号が入力されると溶接用ワイヤを加速させて前記溶接用ワイヤと母材との短絡を発生させ、その後に前記溶接用ワイヤを逆送させて所定のワイヤ逆送速度に達するとワイヤ送給速度を所定の前記ワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接用ワイヤの加速は所定の周期と振幅とにより行い、前記溶接用ワイヤの逆送も前記所定の周期と振幅とにより行うことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合、前記短絡が開放されるまでは前記溶接用ワイヤの加速を行わず、前記短絡が開放されてから前記溶接用ワイヤを加速させて前記短絡を発生させることを特徴とする請求項１または２記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
アーク中に溶接終了信号が入力された後の溶接用ワイヤと母材との初回の短絡発生までは、前記溶接用ワイヤの送給を前記溶接終了信号が入力されるまでの正送速度のままとする、あるいは、前記溶接用ワイヤの送給を前記溶接終了信号が入力されるまでの正送速度から所定の減速により低減させ、前記短絡が発生すると前記溶接用ワイヤの逆送を開始して所定のワイヤ逆送速度で所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項５】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合には、前記溶接終了信号が入力された時点から前記溶接用ワイヤの逆送を開始することを特徴とする請求項４記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
消耗電極である溶接用ワイヤと被溶接物である母材との間においてアークを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接装置であって、
溶接条件を設定するための溶接条件設定部と、
溶接出力を制御するスイッチング素子と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
前記溶接出力の起動あるいは停止を指示するための溶接起動指示部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接用ワイヤと前記母材との溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記溶接条件設定部において設定された設定電流と前記短絡／アーク検出部の出力とに基づいて予め定められた電流波形あるいは電圧波形となるように前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、
前記設定電流とワイヤ送給速度の周波数と前記ワイヤ送給速度の振幅と前記ワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度とを対応付けて記憶する記憶部と、
前記設定電流に基づいて前記記憶部から前記平均ワイヤ送給速度と前記周波数と前記振幅とを決定するワイヤ送給速度決定部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記ワイヤ送給速度決定部の出力とを入力して前記ワイヤ送給速度を正送と逆送とに周期的に繰り返して制御するワイヤ送給速度制御部とを備え、
前記ワイヤ送給速度制御部は前記アーク中に溶接終了信号が入力されると所定の周期と振幅とにより前記溶接用ワイヤを加速させて前記溶接用ワイヤと前記母材との短絡を発生させ、前記所定の周期と振幅とにより前記溶接用ワイヤを逆送させて所定のワイヤ逆送速度に達すると前記ワイヤ送給速度を所定の前記ワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、
前記出力制御部は前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定時間出力してから前記溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項７】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合、前記ワイヤ送給速度制御部は前記短絡が開放されるまでは前記溶接用ワイヤの加速を行わず、前記短絡が開放されてから所定の周期と振幅とにより前記溶接用ワイヤを加速させて前記溶接用ワイヤと前記母材との短絡を発生させることを特徴とする請求項６記載のアーク溶接装置。
【請求項８】
消耗電極である溶接用ワイヤと被溶接物である母材との間においてアークを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接装置であって、
溶接条件を設定するための溶接条件設定部と、
溶接出力を制御するスイッチング素子と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
前記溶接出力の起動あるいは停止を指示するための溶接起動指示部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接用ワイヤと前記母材との溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記溶接条件設定部において設定された設定電流と前記短絡／アーク検出部の出力とに基づいて予め定められた電流波形あるいは電圧波形となるように前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、
前記設定電流と溶接終了信号が入力された後の前記溶接用ワイヤのワイヤ送給速度とを対応付けて記憶する記憶部と、
前記設定電流に基づいて前記記憶部から前記ワイヤ送給速度を決定するワイヤ送給速度決定部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記ワイヤ送給速度決定部の出力とを入力して前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部とを備え、
前記ワイヤ送給速度制御部は前記アーク中に前記溶接終了信号が入力された後の前記溶接用ワイヤと前記母材との初回の前記短絡の発生までは、前記溶接用ワイヤの送給をそれまでの正送速度のままとする、あるいは、前記溶接用ワイヤの送給をそれまでの正送速度から所定の減速により低減させ、前記溶接終了信号が入力された後の初回の前記短絡が発生すると前記溶接用ワイヤの逆送を開始して所定のワイヤ逆送速度により所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、前記出力制御部は前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定時間出力してから前記溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項９】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合、前記ワイヤ送給速度制御部は前記溶接終了信号が入力された時点から前記溶接用ワイヤの逆送を開始することを特徴とする請求項８記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら消耗電極である溶接用ワイヤと溶接対象物である母材との間にアークを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法およびアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接業界では、生産性向上のための溶接時間の短縮、および溶接結果の高品質化のためのアークスタート性能向上といった要求が高まってきている。溶接時間の短縮の方法のひとつとして、溶接終了処理時間の短縮がある。またアークスタート性能向上の方法のひとつとして、溶接終了時のワイヤ先端形状の適正化がある。いずれも溶接終了時の制御が関係している。【０００３】
図４は、従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。一次側整流素子３は、入力電源１から入力した電力を整流する。スイッチング素子４は、一次側整流素子３の出力を溶接に適した出力になるようにスイッチングする。主変圧器２は、スイッチング素子４の出力を溶接に適した出力に変換する。二次側整流素子６は、主変圧器２の出力を整流する。リアクトル５は、二次側整流素子６の出力を溶接に適した電流に平滑する。溶接電流検出部８は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部９は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出信号により溶接状態がワイヤ１６と母材１５とが接触して短絡している短絡状態であるのか、短絡が開放してアークが発生しているアーク状態であるのかを判定する。溶接起動指示部３５は、溶接電源１４の外部から溶接起動及び溶接終了信号を入力する。溶接終了判定部３４は、溶接起動指示部３５からの入力により溶接終了時点を判定する。積算部３０は、溶接終了部の短絡開放直後を時間起点として溶接電流を積算する。しきい値設定部３１は、溶接電流の積算値と比較するためのしきい値を設定する。比較部３２は、溶接電流の積算値としきい値とを比較する。出力制御部３６は、溶接出力制御用の信号を出力する。駆動部３３は、溶接出力を制御するためにスイッチング素子４を駆動するための信号を出力する。【０００４】
溶接電圧検出部９は溶接電源１４の出力端子間に接続され、検出した電圧に対応した信号を出力する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部９からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定する。そして短絡／アーク検出部１０は、この判定結果によりワイヤ１６が被溶接物である母材１５に接触短絡して短絡状態となっているのか、あるいは非接触状態でアーク状態となっているのかを判定して判定信号を出力する。【０００５】
図５は、従来のアーク溶接におけるワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗと溶接電圧Ｖｗの波形を示す図である。【０００６】
図４と図５とを用いて、従来のアーク溶接制御について説明する。溶接起動指示部３５により時刻Ｔ１に溶接終了信号が入力されると、溶接終了判定部３４において溶接終了制御を開始する時点を検出する。そして、ワイヤ送給速度は停止に向かって所定の傾きにおいて減速される。短絡／アーク検出部１０の短絡判定から、アーク判定に切り替わる時点をワイヤ１６の先端の溶滴の母材１５への移行時として時刻Ｔ２において検出する。時刻Ｔ２を時間起点とし、出力電流の積算を積算部３０において開始し、この積算値としきい値設定部３１において設定されたしきい値とを比較部３２により比較する。積算値がしきい値に到達した時点から、出力制御部３６により予め設定されている所定の電流値を所定時間ｔ１の間出力し、ワイヤ１６の先端部に溶滴を形成して溶接出力を停止する（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
これにより、溶接終了時にワイヤ先端部の形状をバラツキ無く均一の大きさに制御することができ、次のアークスタート時にスラグの影響を抑制して良好なアークスタートを実現することができる。【０００８】
上述した従来の溶接制御方法によれば、ワイヤ先端部の形状をバラツキ無く均一の大きさに制御することできる。しかし、ワイヤ１６の先端に形成される玉の大きさを小さくなるように制御しようとすると（例えばワイヤ径の１．１〜１．３倍程度）、溶融プールの振動等によりスティックあるいは溶滴が溶融プールに吸い取られてしまう場合が生じ、所望の大きさの溶滴が形成されない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２９２４６４号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明のアーク溶接方法は、アーク中に溶接終了信号が入力されると溶接用ワイヤを加速させて溶接用ワイヤと母材との短絡を発生させ、その後に溶接用ワイヤを逆送させて所定のワイヤ逆送速度に達すると、ワイヤ送給速度を所定のワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させた後に溶接用ワイヤの送給を停止させ、溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止する。
【００１１】
その結果、アークスタート性を良好にするために適正な大きさのワイヤ先端形状をばらつきなく得ることができ、所望の大きさの溶滴を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、同アーク溶接装置のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。
【図４】図４は、従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図５】図５は、同アーク溶接装置のアーク溶接におけるワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のアーク溶接装置の概略構成を示す図、図２は同アーク溶接装置のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。
【００１５】
図１において、一次側整流素子３は、入力電源１から入力した電力を整流する。スイッチング素子４は、一次側整流素子３の出力を溶接に適した出力になるように制御する。主変圧器２は、スイッチング素子４の出力を溶接に適した出力に変換する。二次側整流素子６は、主変圧器２の出力を整流する。リアクトル５は、二次側整流素子６の出力を溶接に適した電流に平滑する。溶接電流検出部８は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部９は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出信号、すなわち溶接電圧検出部９の出力により、溶接状態がワイヤ１６と母材１５とが接触して短絡している短絡状態であるのか、短絡が開放してアーク１７が発生しているアーク状態であるのかを判定する。ここでワイヤ１６とは、消耗電極である溶接用ワイヤを意味する。また母材１５は、被溶接物である。
【００１６】
出力制御部１１は、溶接出力を制御する。溶接起動指示部１２は、溶接出力の起動あるいは停止を指示する。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度を制御する。、チップ２０は、トーチ１８に取り付けられている。溶接条件設定部２３は、作業者が溶接電流あるいは溶接電圧等の溶接条件を設定する。すなわち出力制御部１１は、溶接条件設定部２３において設定された設定電流と、短絡／アーク検出部１０の出力とに基づいて予め定められた電流波形あるいは電圧波形となるようにスイッチング素子４を制御する。
【００１７】
なお、溶接起動指示部１２の例としては、溶接電源１４に接続されるリモコンまたはトーチ１８のトーチスイッチ等が挙げられる。溶接ロボットを使用する場合には、ロボットの動作プログラムが記憶されたロボット制御装置等が挙げられる。
【００１８】
また、溶接条件設定部２３の例としては、溶接電源１４に接続されるリモコン等が挙げられる。溶接ロボットを使用する場合には、ロボットの動作プログラムが記憶されたロボット制御装置またはロボット制御装置に接続されたティーチングペンダント等が挙げられる。
【００１９】
また図２は、ワイヤ送給速度Ｗｆ、溶接出力電圧である溶接電圧Ｖｗ、溶接出力電流である溶接電流Ａｗの時間変化を波形により示した図である。
【００２０】
図２に示す時刻Ｔ１は、溶接起動指示部１２により溶接出力をｏｆｆする信号が入力された時刻であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗと溶接電圧Ｖｗは、溶接終了処理用の制御が開始される。ワイヤ送給速度Ｗｆは、所定の振幅と周期（周波数）とにより加速し、その後減速する。このことにより正送制御から逆送制御を実施し、所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１に達すると、この所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１を所定の逆送時間ｔ４継続し、逆送時間ｔ４が経過すると０となり送給は停止する。このように正送することにより強制的に短絡を発生させ、その後逆送することにより強制的に短絡を開放（時刻Ｔ６）させ、ワイヤ１６を母材１５から引き上げて引き離す。ここで所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１とは、概ね１ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎであり、所定の逆送時間ｔ４とは、概ね１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃである。また、ワイヤ送給速度Ｗｆの所定の振幅とは概ね２ｍ／ｍｉｎ〜２５ｍ／ｍｉｎであり、所定の周期とは概ね１秒間あたり４０回〜１００回である。すなわち、周波数が概ね４０Ｈｚ〜１００Ｈｚであり、故に、周期は、概ね１０ｍｓから２５ｍｓである。
【００２１】
逆送中の短絡開放時は、ワイヤ１６の先端部の溶滴が溶融プールに移行した直後なのでワイヤ１６の先端部は最も小さい形状であり、ばらつきがない。このため、時刻Ｔ６を時間起点として所定溶接電流時間ｔ２の間、一定の所定溶接電流Ａ１を出力してワイヤ１６の先端部の形状を所望の大きさに制御する。ワイヤ１６を溶融するための所定溶接電流Ａ１は概ね３０Ａ〜１００Ａであり、所定溶接電流時間ｔ２は例えば１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃである。所定溶接電流Ａ１および所定溶接電流時間ｔ２は、ワイヤ１６の径等により異なる。ワイヤ先端部−母材間距離は、逆送により引き上げた距離にワイヤ１６の溶融分が加えられて概ね３ｍｍ〜８ｍｍになるように設定される。そして、ワイヤ１６を引き上げた状態においてワイヤ１６を溶融するので、ワイヤ１６の先端形状を小さくするような場合でも、ワイヤ先端部−母材間距離を確保できる。そのためスティックおよび溶接出力停止後に、ワイヤ１６の先端が溶融プールと接触し、溶滴が溶融プールに移行してしまうことを防ぐことができる。
【００２２】
なお、本実施の形態１では、ワイヤ送給速度の停止時刻と溶接出力停止時刻とが一致しておらず、溶接出力停止時刻の方がワイヤ送給速度停止時刻よりも遅く記載している。しかし、一致させても良いし、溶接出力停止時刻のほうが早くなるように設定しても問題なく、ワイヤ１６の径等により関係は異なる。
【００２３】
また、本実施の形態１では、ワイヤ１６の先端の形状を制御し易くするため、短絡開放の時刻Ｔ６から短時間（概ね２ｍｓｅｃ程度）に急峻に溶接電流を低減している。そのため、時刻Ｔ６から所定溶接電流時間ｔ２を計時している。
【００２４】
ここで、上記のような消耗電極式のアーク溶接制御を行うためのアーク溶接装置について、図１を用いて説明する。図１において、溶接出力をｏｆｆする溶接終了信号が、溶接起動指示部１２から出力制御部１１とワイヤ送給速度制御部１３とに入力される。ワイヤ送給速度制御部１３は、所定の周期と振幅とによりワイヤ送給速度を加速し、その後減速する。そして所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１により所定の逆送時間ｔ４の間、ワイヤ１６を逆送してワイヤ１６の送給を停止する。
【００２５】
なお、ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度を制御する信号をワイヤ送給部１９に出力してワイヤ送給速度を制御する。なお、このワイヤ送給速度の波形形状は、例えば図２に示すような予め設定した周期及び振幅によって正弦波状に変化させても良いし、台形波形状に変化させても良い。
【００２６】
ワイヤ送給速度制御部１３は、記憶部２１と、ワイヤ送給速度決定部２２とを備えている。ここで記憶部２１は、設定電流、ワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度、ワイヤ送給速度の周期（周波数）、ワイヤ送給速度の振幅、逆送時間ｔ４等といったパラメータを対応付けた関係式あるいはテーブル（表）を記憶している。ワイヤ送給速度決定部２２は、溶接条件設定部２３によって設定された設定電流に基づいて記憶部２１からワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度と、周波数と、振幅とを決定する。ワイヤ送給速度制御部１３は、短絡／アーク検出部１０の出力と、ワイヤ送給速度決定部２２の出力とを入力してワイヤ送給速度を正送と逆送とに周期的に繰り返して制御する。
【００２７】
一方、溶接電流と溶接電圧との溶接出力制御については、以下の通りである。出力制御部１１は、溶接条件設定部２３において設定される溶接設定電流と溶接設定電圧とによって選定される溶接波形パラメータによって、短絡期間であれば短絡期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。またアーク期間であればアーク期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。そして、その出力信号をスイッチング素子４に入力することにより溶接出力を制御する。また、溶接起動指示部１２から溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が出力制御部１１に入力されると、短絡開放時に短絡／アーク検出部１０から短絡開放の信号が時刻Ｔ６において出力される。出力制御部１１では、時刻Ｔ６を時間起点として所定溶接電流時間ｔ２の間、一定の所定溶接電流Ａ１を出力するように制御してワイヤ１６先端部の大きさを制御する。
【００２８】
このように本発明の実施の形態１のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤ１６と、被溶接物である母材１５との間においてアーク１７を発生させて溶接を行う消耗電極式である。そしてアーク溶接装置は、溶接条件設定部２３、スイッチング素子４、溶接電圧検出部９、溶接起動指示部１２、短絡／アーク検出部１０、出力制御部１１、記憶部２１、ワイヤ送給速度決定部２２、およびワイヤ送給速度制御部１３を備えている。さらにアーク溶接装置のワイヤ送給速度制御部１３は、アーク１７中に溶接終了信号が入力されると、所定の周期と振幅とによりワイヤ１６を加速させてワイヤ１６と母材１５との短絡を発生させる。そして、所定の周期と振幅とによりワイヤ１６を逆送させて、所定のワイヤ逆送速度に達すると、ワイヤ送給速度を所定のワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させる。その後、ワイヤ１６の送給を停止させ、出力制御部１１はワイヤ１６の逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止する。
【００２９】
これらによって、ワイヤ１６先端が小さい形状であっても、ワイヤ先端部−母材間距離を確保でき、スティックを防止して溶接出力停止後に溶融プールと接触することがない。そのため、ワイヤ１６先端形状はばらつきなく得られ、ワイヤ１６の先端部と母材１５との溶着を防止するのに十分なワイヤ先端部−母材間距離を得ることができ、生産稼動停止を防止することができる。
【００３０】
また本発明の実施の形態１のアーク溶接装置のワイヤ１６の加速は、所定の周期と振幅とにより行い、溶接用のワイヤ１６の逆送も所定の周期と振幅とにより行っている。そのため、溶接中の短絡発生状態が不規則で短絡回数が１分間あたり約８０回以下である２００Ａ以上の電流域ではワイヤ先端と溶融プ−ルの平均距離が約１ｍｍ以上と長いので、ワイヤ１６の加速により確実に短絡を発生させることが可能となり、その後のワイヤ１６の逆送を早期に実施でき短時間でワイヤ先端部−母材間距離をえることができる。
【００３１】
また、溶接終了にかかる時間として例えば背景技術で示した従来の制御では１００ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃかかっていた終了時間を、１回の短絡により終了処理を完了させることができる。そのため、溶接終了にかかる時間を概ね３０ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃに短縮でき、生産タクト短縮が可能となり、生産性を向上することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、アーク期間中に溶接終了信号が入力された場合にワイヤ１６を周期的に送給して加速する例を示した。しかし、短絡中に溶接終了信号が入力された場合、ワイヤ送給速度制御部１３は短絡が開放されるまではワイヤ１６の加速を行わない。短絡が開放されてからワイヤ送給速度制御部１３は、所定の周期と振幅とによりワイヤ１６を周期的に送給して加速させ、ワイヤ１６と母材１５との短絡をさせても良い。そのため、溶接中の短絡発生状態が規則的で回数が１分間あたり約８０〜１００回程度と多い２００Ａ以下の電流域ではワイヤ先端と溶融プ−ルの平均距離が約１ｍｍ以下と短いので、溶接終了信号が入力されてワイヤ１６を加速して短絡発生させるとかえって溶融プ−ルにワイヤ１６を突っ込ませるため短絡開放するのに時間が長くなる。このためワイヤ１６の加速を行わなくても早期に短絡発生するのでワイヤ１６の加速を行わないまま短絡させることでその後のワイヤ１６の逆送を早期に実施でき短時間でワイヤ先端部−母材間距離をえることができる。
【００３３】
また、本実施の形態１では、溶接終了信号が入力された後のワイヤ１６の送給を所定の周期（周波数）と振幅とにより周期的（１周期未満の場合もある）に行う例を示した。しかし、周期的な送給に限らず、溶接終了信号が入力された後にワイヤ１６を加速してワイヤ１６と母材１５とを短絡させ、短絡後にワイヤ１６を逆送してワイヤ１６と母材１５との短絡を開放するように、ワイヤ１６の送給を制御するようにしても良い。
【００３４】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点のみを説明する。実施の形態１と異なる主な点は、溶接出力をｏｆｆする信号が入力された時刻からワイヤ送給速度を所定の傾きにより減速させる。異なる点は溶接出力をｏｆｆする、すなわち溶接終了信号が入力されてから、初回の短絡発生においてワイヤ１６を逆送し、この逆送を所定時間継続して短絡を開放させ、ワイヤ１６を引き上げて溶接を終了する事である。
【００３５】
なお、溶接出力をｏｆｆする信号が入力された時刻からワイヤ送給速度を所定の傾きにより減速することに替えて以下のようにしても良い。すなわち、減速せずにそれまでの正送のワイヤ送給速度を維持し、溶接出力をｏｆｆする信号が入力されてから初回の短絡発生においてワイヤ１６を逆送する。
【００３６】
図３は、本発明の実施の形態２のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。
【００３７】
図３に示す時刻Ｔ１は、溶接出力を停止（ｏｆｆ）する信号が入力された時刻であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗと溶接電圧Ｖｗに対して溶接終了処理用の制御が開始される。
【００３８】
ワイヤ送給速度Ｗｆは、所定の傾きにより減速し、溶接速度０に向かって初回の短絡が発生するまで低減する。溶接出力をｏｆｆする信号が入力されてから初回の短絡が時刻Ｔ５において発生すると、ワイヤ送給速度の逆送を開始する。そして所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２において所定時間ｔ３の間、一定速度によって逆送させ、その後にワイヤ１６の送給を停止させ、ワイヤ先端部−母材間距離を十分（概ね３ｍｍ〜８ｍｍ）に確保する。ここで所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２とは、概ね１ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎであり、所定時間ｔ３とは、概ね１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃである。
【００３９】
なお、この逆送期間中に時刻Ｔ６において短絡が開放するので、時刻Ｔ６を時間起点としてワイヤ１６を溶融させるための所定溶接電流Ａ１（概ね３０Ａ〜１００Ａ）を所定溶接電流時間ｔ２の間出力し、ワイヤ１６の先端部に形成される溶滴の大きさを制御する。溶接電流を流すことによりワイヤ１６先端部を溶融するので、ワイヤ先端部−母材間距離が長くなる。そのため、ワイヤ１６を逆送させた距離以上のワイヤ先端部−母材間距離となり、ワイヤ先端部−母材間距離は３ｍｍ〜８ｍｍよりも大きくなる。
【００４０】
なお、本実施の形態２では、ワイヤ送給速度の停止時刻と溶接出力停止時刻とが一致しておらず、溶接出力停止時刻の方がワイヤ送給速度停止時刻よりも遅く記載している。しかし、一致させても良いし、溶接出力停止時刻の方が早くなるように設定してもよい。
【００４１】
また、本実施の形態２では、ワイヤ１６先端の形状を制御し易くするために時刻Ｔ６から短時間（概ね２ｍｓｅｃ程度）に急峻に溶接電流を低減しているため、時刻Ｔ６から所定時間ｔ２を計時している。
【００４２】
ここで、以上のような消耗電極式のアーク溶接制御を行うためのアーク溶接装置について、図１を用いて説明する。図１において、溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が溶接起動指示部１２から出力制御部１１とワイヤ送給速度制御部１３とに入力される。ワイヤ送給速度制御部１３は、所定の減速の傾きにより溶接速度０に向かって溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が入力された後の初回の短絡が発生するまでワイヤ送給速度を低減する。ここでワイヤ送給速度の所定の減速の傾きとは、概ね０．５ｍ／秒2〜２ｍ／秒2である。溶接終了信号入力後の初回の短絡発生が短絡／アーク検出部１０から入力されると、ワイヤ送給速度制御部１３は、所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２により逆送を開始する。そして、所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２を所定の逆送時間ｔ３の間維持して逆送させた後、ワイヤ１６の送給を停止させる。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度を制御する信号をワイヤ送給部１９に出力してワイヤ送給速度を制御する。ワイヤ送給の波形形状は、例えば図２に示すような所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１に急峻に変化させても良いし、正弦波の半周期のように変化させても良いし、台形波形状に変化させるようにしても良い。
【００４３】
なお、ワイヤ送給速度制御部１３は、記憶部２１と、ワイヤ送給速度決定部２２とを備えている。ここで記憶部２１は、設定電流あるいは平均ワイヤ送給速度と、溶接終了信号が入力された後のワイヤ送給速度の減速の傾き、所定溶接電流時間ｔ２、および逆送時間ｔ３等のパラメータを対応付けた関係式あるいはテーブル（表）を記憶している。ワイヤ送給速度決定部２２は、溶接条件設定部２３において設定された設定電流に基づき、記憶部２１から溶接終了信号が入力された後のワイヤ送給速度の減速の傾き、所定溶接電流時間ｔ２、および逆送時間ｔ３等のパラメータを決定する。
【００４４】
一方、溶接電流と溶接電圧との溶接出力制御については、以下の通りである。出力制御部１１は、溶接条件設定部２３において設定される溶接設定電流と溶接設定電圧とによって選定される溶接波形パラメータによって、短絡期間であれば短絡期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。またアーク期間であればアーク期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。そして、その出力信号をスイッチング素子４に入力することにより溶接出力を制御する。
【００４５】
そして、溶接起動指示部１２から溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が出力制御部１１に入力され、初回の短絡が開放されると、短絡／アーク検出部１０から短絡開放の信号が出力される。これにより、出力制御部１１は、ワイヤ１６先端部の大きさを制御するために、短絡開放後の所定溶接電流時間ｔ２の間、所定溶接電流Ａ１を出力するように制御する。
【００４６】
このように本発明の実施の形態２のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤ１６と、被溶接物である母材１５との間においてアーク１７を発生させて溶接を行う消耗電極式である。そしてアーク溶接装置は、溶接条件設定部２３、スイッチング素子４、溶接電圧検出部９、溶接起動指示部１２、短絡／アーク検出部１０、出力制御部１１、記憶部２１、ワイヤ送給速度決定部２２、およびワイヤ送給速度制御部１３を備えている。さらにアーク溶接装置のワイヤ送給速度制御部１３は、アーク１７中に溶接終了信号が入力された後のワイヤ１６と母材１５との初回の短絡の発生までは、ワイヤ１６の送給をそれまでの正送速度のままとする。あるいは、ワイヤ１６の送給をそれまでの正送速度から所定の減速により低減させる。そしてワイヤ送給速度制御部１３は、溶接終了信号が入力された後の初回の短絡が発生すると、ワイヤ１６の逆送を開始して所定のワイヤ逆送速度により所定時間逆送させる。その後、ワイヤ送給速度制御部１３はワイヤ１６の送給を停止させる。出力制御部１１は、ワイヤ１６の逆送中に生じる短絡開放時を時間起点とし、一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止する。
【００４７】
これらによって、適正な大きさのワイヤ１６の先端形状をばらつきなく、またワイヤ１６先端部と母材１５間の溶着を防止するのに十分なワイヤ先端部−母材間距離を得ることができ、生産稼動停止を防止できる。また、溶接終了にかかる時間として例えば背景技術で示した従来制御では１００ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃかかっていた終了時間を、１回の短絡により終了処理を完了させることができる。そのため、溶接終了にかかる時間を概ね３０ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃに短縮でき、生産タクト短縮が可能となり、生産性を向上することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態２では、アーク期間中に溶接終了信号が入力された場合について説明したが、短絡中に溶接終了信号が入力された場合には、入力された時点からワイヤ１６の送給を逆送するようにしても良い。
【００４９】
そのため、入力された時点の短絡中に逆送するので短時間でワイヤ先端部−母材間距離をえることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行う方法および装置として産業上有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１    入力電源
２    主変圧器
３    一次側整流素子
４    スイッチング素子
５    リアクトル
６    二次側整流素子
８    溶接電流検出部
９    溶接電圧検出部
１０    短絡／アーク検出部
１１    出力制御部
１２    溶接起動指示部
１３    ワイヤ送給速度制御部
１４    溶接電源
１５    母材
１６    ワイヤ
１７    アーク
１８    トーチ
１９    ワイヤ送給部
２０    チップ
２１    記憶部
２２    ワイヤ送給速度決定部
２３    溶接条件設定部
【図１】
2011024380.tif 000003
【図２】
2011024380.tif 000004
【図３】
2011024380.tif 000005
【図４】
2011024380.tif 000006
【図５】
2011024380.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月17日(2011.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら消耗電極である溶接用ワイヤと溶接対象物である母材との間にアークを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法およびアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接業界では、生産性向上のための溶接時間の短縮、および溶接結果の高品質化のためのアークスタート性能向上といった要求が高まってきている。溶接時間の短縮の方法のひとつとして、溶接終了処理時間の短縮がある。またアークスタート性能向上の方法のひとつとして、溶接終了時のワイヤ先端形状の適正化がある。いずれも溶接終了時の制御が関係している。
【０００３】
図４は、従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。一次側整流素子３は、入力電源１から入力した電力を整流する。スイッチング素子４は、一次側整流素子３の出力を溶接に適した出力になるようにスイッチングする。主変圧器２は、スイッチング素子４の出力を溶接に適した出力に変換する。二次側整流素子６は、主変圧器２の出力を整流する。リアクトル５は、二次側整流素子６の出力を溶接に適した電流に平滑する。溶接電流検出部８は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部９は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出信号により溶接状態がワイヤ１６と母材１５とが接触して短絡している短絡状態であるのか、短絡が開放してアークが発生しているアーク状態であるのかを判定する。溶接起動指示部３５は、溶接電源１４の外部から溶接起動及び溶接終了信号を入力する。溶接終了判定部３４は、溶接起動指示部３５からの入力により溶接終了時点を判定する。積算部３０は、溶接終了部の短絡開放直後を時間起点として溶接電流を積算する。しきい値設定部３１は、溶接電流の積算値と比較するためのしきい値を設定する。比較部３２は、溶接電流の積算値としきい値とを比較する。出力制御部３６は、溶接出力制御用の信号を出力する。駆動部３３は、溶接出力を制御するためにスイッチング素子４を駆動するための信号を出力する。
【０００４】
溶接電圧検出部９は溶接電源１４の出力端子間に接続され、検出した電圧に対応した信号を出力する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部９からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定する。そして短絡／アーク検出部１０は、この判定結果によりワイヤ１６が被溶接物である母材１５に接触短絡して短絡状態となっているのか、あるいは非接触状態でアーク状態となっているのかを判定して判定信号を出力する。
【０００５】
図５は、従来のアーク溶接におけるワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗと溶接電圧Ｖｗの波形を示す図である。
【０００６】
図４と図５とを用いて、従来のアーク溶接制御について説明する。溶接起動指示部３５により時刻Ｔ１に溶接終了信号が入力されると、溶接終了判定部３４において溶接終了制御を開始する時点を検出する。そして、ワイヤ送給速度は停止に向かって所定の傾きにおいて減速される。短絡／アーク検出部１０の短絡判定から、アーク判定に切り替わる時点をワイヤ１６の先端の溶滴の母材１５への移行時として時刻Ｔ２において検出する。時刻Ｔ２を時間起点とし、出力電流の積算を積算部３０において開始し、この積算値としきい値設定部３１において設定されたしきい値とを比較部３２により比較する。積算値がしきい値に到達した時点から、出力制御部３６により予め設定されている所定の電流値を所定時間ｔ１の間出力し、ワイヤ１６の先端部に溶滴を形成して溶接出力を停止する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
これにより、溶接終了時にワイヤ先端部の形状をバラツキ無く均一の大きさに制御することができ、次のアークスタート時にスラグの影響を抑制して良好なアークスタートを実現することができる。
【０００８】
上述した従来の溶接制御方法によれば、ワイヤ先端部の形状をバラツキ無く均一の大きさに制御することできる。しかし、ワイヤ１６の先端に形成される玉の大きさを小さくなるように制御しようとすると（例えばワイヤ径の１．１〜１．３倍程度）、溶融プールの振動等によりスティックあるいは溶滴が溶融プールに吸い取られてしまう場合が生じ、所望の大きさの溶滴が形成されない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２９２４６４号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明のアーク溶接方法は、アーク中に溶接終了信号が入力されると溶接用ワイヤを加速させて溶接用ワイヤと母材との短絡を発生させ、その後に溶接用ワイヤを逆送させて所定のワイヤ逆送速度に達すると、ワイヤ送給速度を所定のワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させた後に溶接用ワイヤの送給を停止させ、溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止する。
【００１１】
その結果、アークスタート性を良好にするために適正な大きさのワイヤ先端形状をばらつきなく得ることができ、所望の大きさの溶滴を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１のアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図２】同アーク溶接装置のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図
【図３】本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図
【図４】従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図５】同アーク溶接装置のアーク溶接におけるワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のアーク溶接装置の概略構成を示す図、図２は同アーク溶接装置のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。
【００１５】
図１において、一次側整流素子３は、入力電源１から入力した電力を整流する。スイッチング素子４は、一次側整流素子３の出力を溶接に適した出力になるように制御する。主変圧器２は、スイッチング素子４の出力を溶接に適した出力に変換する。二次側整流素子６は、主変圧器２の出力を整流する。リアクトル５は、二次側整流素子６の出力を溶接に適した電流に平滑する。溶接電流検出部８は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部９は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出信号、すなわち溶接電圧検出部９の出力により、溶接状態がワイヤ１６と母材１５とが接触して短絡している短絡状態であるのか、短絡が開放してアーク１７が発生しているアーク状態であるのかを判定する。ここでワイヤ１６とは、消耗電極である溶接用ワイヤを意味する。また母材１５は、被溶接物である。
【００１６】
出力制御部１１は、溶接出力を制御する。溶接起動指示部１２は、溶接出力の起動あるいは停止を指示する。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度を制御する。チップ２０は、トーチ１８に取り付けられている。溶接条件設定部２３は、作業者が溶接電流あるいは溶接電圧等の溶接条件を設定する。すなわち出力制御部１１は、溶接条件設定部２３において設定された設定電流と、短絡／アーク検出部１０の出力とに基づいて予め定められた電流波形あるいは電圧波形となるようにスイッチング素子４を制御する。
【００１７】
なお、溶接起動指示部１２の例としては、溶接電源１４に接続されるリモコンまたはトーチ１８のトーチスイッチ等が挙げられる。溶接ロボットを使用する場合には、ロボットの動作プログラムが記憶されたロボット制御装置等が挙げられる。
【００１８】
また、溶接条件設定部２３の例としては、溶接電源１４に接続されるリモコン等が挙げられる。溶接ロボットを使用する場合には、ロボットの動作プログラムが記憶されたロボット制御装置またはロボット制御装置に接続されたティーチングペンダント等が挙げられる。
【００１９】
また図２は、ワイヤ送給速度Ｗｆ、溶接出力電圧である溶接電圧Ｖｗ、溶接出力電流である溶接電流Ａｗの時間変化を波形により示した図である。
【００２０】
図２に示す時刻Ｔ１は、溶接起動指示部１２により溶接出力をｏｆｆする信号が入力された時刻であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗと溶接電圧Ｖｗは、溶接終了処理用の制御が開始される。ワイヤ送給速度Ｗｆは、所定の振幅と周期（周波数）とにより加速し、その後減速する。このことにより正送制御から逆送制御を実施し、所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１に達すると、この所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１を所定の逆送時間ｔ４継続し、逆送時間ｔ４が経過すると０となり送給は停止する。このように正送することにより強制的に短絡を発生させ、その後逆送することにより強制的に短絡を開放（時刻Ｔ６）させ、ワイヤ１６を母材１５から引き上げて引き離す。ここで所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１とは、概ね１ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎであり、所定の逆送時間ｔ４とは、概ね１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃである。また、ワイヤ送給速度Ｗｆの所定の振幅とは概ね２ｍ／ｍｉｎ〜２５ｍ／ｍｉｎであり、所定の周期とは概ね１秒間あたり４０回〜１００回である。すなわち、周波数が概ね４０Ｈｚ〜１００Ｈｚであり、故に、周期は、概ね１０ｍｓから２５ｍｓである。
【００２１】
逆送中の短絡開放時は、ワイヤ１６の先端部の溶滴が溶融プールに移行した直後なのでワイヤ１６の先端部は最も小さい形状であり、ばらつきがない。このため、時刻Ｔ６を時間起点として所定溶接電流時間ｔ２の間、一定の所定溶接電流Ａ１を出力してワイヤ１６の先端部の形状を所望の大きさに制御する。ワイヤ１６を溶融するための所定溶接電流Ａ１は概ね３０Ａ〜１００Ａであり、所定溶接電流時間ｔ２は例えば１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃである。所定溶接電流Ａ１および所定溶接電流時間ｔ２は、ワイヤ１６の径等により異なる。ワイヤ先端部−母材間距離は、逆送により引き上げた距離にワイヤ１６の溶融分が加えられて概ね３ｍｍ〜８ｍｍになるように設定される。そして、ワイヤ１６を引き上げた状態においてワイヤ１６を溶融するので、ワイヤ１６の先端形状を小さくするような場合でも、ワイヤ先端部−母材間距離を確保できる。そのためスティックおよび溶接出力停止後に、ワイヤ１６の先端が溶融プールと接触し、溶滴が溶融プールに移行してしまうことを防ぐことができる。
【００２２】
なお、本実施の形態１では、ワイヤ送給速度の停止時刻と溶接出力停止時刻とが一致しておらず、溶接出力停止時刻の方がワイヤ送給速度停止時刻よりも遅く記載している。しかし、一致させても良いし、溶接出力停止時刻のほうが早くなるように設定しても問題なく、ワイヤ１６の径等により関係は異なる。
【００２３】
また、本実施の形態１では、ワイヤ１６の先端の形状を制御し易くするため、短絡開放の時刻Ｔ６から短時間（概ね２ｍｓｅｃ程度）に急峻に溶接電流を低減している。そのため、時刻Ｔ６から所定溶接電流時間ｔ２を計時している。
【００２４】
ここで、上記のような消耗電極式のアーク溶接制御を行うためのアーク溶接装置について、図１を用いて説明する。図１において、溶接出力をｏｆｆする溶接終了信号が、溶接起動指示部１２から出力制御部１１とワイヤ送給速度制御部１３とに入力される。ワイヤ送給速度制御部１３は、所定の周期と振幅とによりワイヤ送給速度を加速し、その後減速する。そして所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１により所定の逆送時間ｔ４の間、ワイヤ１６を逆送してワイヤ１６の送給を停止する。
【００２５】
なお、ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度を制御する信号をワイヤ送給部１９に出力してワイヤ送給速度を制御する。なお、このワイヤ送給速度の波形形状は、例えば図２に示すような予め設定した周期及び振幅によって正弦波状に変化させても良いし、台形波形状に変化させても良い。
【００２６】
ワイヤ送給速度制御部１３は、記憶部２１と、ワイヤ送給速度決定部２２とを備えている。ここで記憶部２１は、設定電流、ワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度、ワイヤ送給速度の周期（周波数）、ワイヤ送給速度の振幅、逆送時間ｔ４等といったパラメータを対応付けた関係式あるいはテーブル（表）を記憶している。ワイヤ送給速度決定部２２は、溶接条件設定部２３によって設定された設定電流に基づいて記憶部２１からワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度と、周波数と、振幅とを決定する。ワイヤ送給速度制御部１３は、短絡／アーク検出部１０の出力と、ワイヤ送給速度決定部２２の出力とを入力してワイヤ送給速度を正送と逆送とに周期的に繰り返して制御する。
【００２７】
一方、溶接電流と溶接電圧との溶接出力制御については、以下の通りである。出力制御部１１は、溶接条件設定部２３において設定される溶接設定電流と溶接設定電圧とによって選定される溶接波形パラメータによって、短絡期間であれば短絡期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。またアーク期間であればアーク期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。そして、その出力信号をスイッチング素子４に入力することにより溶接出力を制御する。また、溶接起動指示部１２から溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が出力制御部１１に入力されると、短絡開放時に短絡／アーク検出部１０から短絡開放の信号が時刻Ｔ６において出力される。出力制御部１１では、時刻Ｔ６を時間起点として所定溶接電流時間ｔ２の間、一定の所定溶接電流Ａ１を出力するように制御してワイヤ１６先端部の大きさを制御する。
【００２８】
このように本発明の実施の形態１のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤ１６と、被溶接物である母材１５との間においてアーク１７を発生させて溶接を行う消耗電極式である。そしてアーク溶接装置は、溶接条件設定部２３、スイッチング素子４、溶接電圧検出部９、溶接起動指示部１２、短絡／アーク検出部１０、出力制御部１１、記憶部２１、ワイヤ送給速度決定部２２、およびワイヤ送給速度制御部１３を備えている。さらにアーク溶接装置のワイヤ送給速度制御部１３は、アーク１７中に溶接終了信号が入力されると、所定の周期と振幅とによりワイヤ１６を加速させてワイヤ１６と母材１５との短絡を発生させる。そして、所定の周期と振幅とによりワイヤ１６を逆送させて、所定のワイヤ逆送速度に達すると、ワイヤ送給速度を所定のワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させる。その後、ワイヤ１６の送給を停止させ、出力制御部１１はワイヤ１６の逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止する。
【００２９】
これらによって、ワイヤ１６先端が小さい形状であっても、ワイヤ先端部−母材間距離を確保でき、スティックを防止して溶接出力停止後に溶融プールと接触することがない。そのため、ワイヤ１６先端形状はばらつきなく得られ、ワイヤ１６の先端部と母材１５との溶着を防止するのに十分なワイヤ先端部−母材間距離を得ることができ、生産稼動停止を防止することができる。
【００３０】
また本発明の実施の形態１のアーク溶接装置のワイヤ１６の加速は、所定の周期と振幅とにより行い、溶接用のワイヤ１６の逆送も所定の周期と振幅とにより行っている。そのため、溶接中の短絡発生状態が不規則で短絡回数が１分間あたり約８０回以下である２００Ａ以上の電流域ではワイヤ先端と溶融プ−ルの平均距離が約１ｍｍ以上と長いので、ワイヤ１６の加速により確実に短絡を発生させることが可能となり、その後のワイヤ１６の逆送を早期に実施でき短時間でワイヤ先端部−母材間距離をえることができる。
【００３１】
また、溶接終了にかかる時間として例えば背景技術で示した従来の制御では１００ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃかかっていた終了時間を、１回の短絡により終了処理を完了させることができる。そのため、溶接終了にかかる時間を概ね３０ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃに短縮でき、生産タクト短縮が可能となり、生産性を向上することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、アーク期間中に溶接終了信号が入力された場合にワイヤ１６を周期的に送給して加速する例を示した。しかし、短絡中に溶接終了信号が入力された場合、ワイヤ送給速度制御部１３は短絡が開放されるまではワイヤ１６の加速を行わない。短絡が開放されてからワイヤ送給速度制御部１３は、所定の周期と振幅とによりワイヤ１６を周期的に送給して加速させ、ワイヤ１６と母材１５との短絡をさせても良い。そのため、溶接中の短絡発生状態が規則的で回数が１分間あたり約８０〜１００回程度と多い２００Ａ以下の電流域ではワイヤ先端と溶融プ−ルの平均距離が約１ｍｍ以下と短いので、溶接終了信号が入力されてワイヤ１６を加速して短絡発生させるとかえって溶融プ−ルにワイヤ１６を突っ込ませるため短絡開放するのに時間が長くなる。このためワイヤ１６の加速を行わなくても早期に短絡発生するのでワイヤ１６の加速を行わないまま短絡させることでその後のワイヤ１６の逆送を早期に実施でき短時間でワイヤ先端部−母材間距離をえることができる。
【００３３】
また、本実施の形態１では、溶接終了信号が入力された後のワイヤ１６の送給を所定の周期（周波数）と振幅とにより周期的（１周期未満の場合もある）に行う例を示した。しかし、周期的な送給に限らず、溶接終了信号が入力された後にワイヤ１６を加速してワイヤ１６と母材１５とを短絡させ、短絡後にワイヤ１６を逆送してワイヤ１６と母材１５との短絡を開放するように、ワイヤ１６の送給を制御するようにしても良い。
【００３４】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点のみを説明する。実施の形態１と異なる主な点は、溶接出力をｏｆｆする信号が入力された時刻からワイヤ送給速度を所定の傾きにより減速させる。異なる点は溶接出力をｏｆｆする、すなわち溶接終了信号が入力されてから、初回の短絡発生においてワイヤ１６を逆送し、この逆送を所定時間継続して短絡を開放させ、ワイヤ１６を引き上げて溶接を終了する事である。
【００３５】
なお、溶接出力をｏｆｆする信号が入力された時刻からワイヤ送給速度を所定の傾きにより減速することに替えて以下のようにしても良い。すなわち、減速せずにそれまでの正送のワイヤ送給速度を維持し、溶接出力をｏｆｆする信号が入力されてから初回の短絡発生においてワイヤ１６を逆送する。
【００３６】
図３は、本発明の実施の形態２のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。
【００３７】
図３に示す時刻Ｔ１は、溶接出力を停止（ｏｆｆ）する信号が入力された時刻であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗと溶接電圧Ｖｗに対して溶接終了処理用の制御が開始される。
【００３８】
ワイヤ送給速度Ｗｆは、所定の傾きにより減速し、溶接速度０に向かって初回の短絡が発生するまで低減する。溶接出力をｏｆｆする信号が入力されてから初回の短絡が時刻Ｔ５において発生すると、ワイヤ送給速度の逆送を開始する。そして所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２において所定時間ｔ３の間、一定速度によって逆送させ、その後にワイヤ１６の送給を停止させ、ワイヤ先端部−母材間距離を十分（概ね３ｍｍ〜８ｍｍ）に確保する。ここで所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２とは、概ね１ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎであり、所定時間ｔ３とは、概ね１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃである。
【００３９】
なお、この逆送期間中に時刻Ｔ６において短絡が開放するので、時刻Ｔ６を時間起点としてワイヤ１６を溶融させるための所定溶接電流Ａ１（概ね３０Ａ〜１００Ａ）を所定溶接電流時間ｔ２の間出力し、ワイヤ１６の先端部に形成される溶滴の大きさを制御する。溶接電流を流すことによりワイヤ１６先端部を溶融するので、ワイヤ先端部−母材間距離が長くなる。そのため、ワイヤ１６を逆送させた距離以上のワイヤ先端部−母材間距離となり、ワイヤ先端部−母材間距離は３ｍｍ〜８ｍｍよりも大きくなる。
【００４０】
なお、本実施の形態２では、ワイヤ送給速度の停止時刻と溶接出力停止時刻とが一致しておらず、溶接出力停止時刻の方がワイヤ送給速度停止時刻よりも遅く記載している。しかし、一致させても良いし、溶接出力停止時刻の方が早くなるように設定してもよい。
【００４１】
また、本実施の形態２では、ワイヤ１６先端の形状を制御し易くするために時刻Ｔ６から短時間（概ね２ｍｓｅｃ程度）に急峻に溶接電流を低減しているため、時刻Ｔ６から所定時間ｔ２を計時している。
【００４２】
ここで、以上のような消耗電極式のアーク溶接制御を行うためのアーク溶接装置について、図１を用いて説明する。図１において、溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が溶接起動指示部１２から出力制御部１１とワイヤ送給速度制御部１３とに入力される。ワイヤ送給速度制御部１３は、所定の減速の傾きにより溶接速度０に向かって溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が入力された後の初回の短絡が発生するまでワイヤ送給速度を低減する。ここでワイヤ送給速度の所定の減速の傾きとは、概ね０．５ｍ／秒2〜２ｍ／秒2である。溶接終了信号入力後の初回の短絡発生が短絡／アーク検出部１０から入力されると、ワイヤ送給速度制御部１３は、所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２により逆送を開始する。そして、所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ２を所定の逆送時間ｔ３の間維持して逆送させた後、ワイヤ１６の送給を停止させる。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度を制御する信号をワイヤ送給部１９に出力してワイヤ送給速度を制御する。ワイヤ送給の波形形状は、例えば図２に示すような所定のワイヤ逆送速度Ｗｆ１に急峻に変化させても良いし、正弦波の半周期のように変化させても良いし、台形波形状に変化させるようにしても良い。
【００４３】
なお、ワイヤ送給速度制御部１３は、記憶部２１と、ワイヤ送給速度決定部２２とを備えている。ここで記憶部２１は、設定電流あるいは平均ワイヤ送給速度と、溶接終了信号が入力された後のワイヤ送給速度の減速の傾き、所定溶接電流時間ｔ２、および逆送時間ｔ３等のパラメータを対応付けた関係式あるいはテーブル（表）を記憶している。ワイヤ送給速度決定部２２は、溶接条件設定部２３において設定された設定電流に基づき、記憶部２１から溶接終了信号が入力された後のワイヤ送給速度の減速の傾き、所定溶接電流時間ｔ２、および逆送時間ｔ３等のパラメータを決定する。
【００４４】
一方、溶接電流と溶接電圧との溶接出力制御については、以下の通りである。出力制御部１１は、溶接条件設定部２３において設定される溶接設定電流と溶接設定電圧とによって選定される溶接波形パラメータによって、短絡期間であれば短絡期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。またアーク期間であればアーク期間に適正なパラメータを用いて溶接電流、あるいは溶接電圧を制御する信号を出力する。そして、その出力信号をスイッチング素子４に入力することにより溶接出力を制御する。
【００４５】
そして、溶接起動指示部１２から溶接起動ｏｆｆの溶接終了信号が出力制御部１１に入力され、初回の短絡が開放されると、短絡／アーク検出部１０から短絡開放の信号が出力される。これにより、出力制御部１１は、ワイヤ１６先端部の大きさを制御するために、短絡開放後の所定溶接電流時間ｔ２の間、所定溶接電流Ａ１を出力するように制御する。
【００４６】
このように本発明の実施の形態２のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤ１６と、被溶接物である母材１５との間においてアーク１７を発生させて溶接を行う消耗電極式である。そしてアーク溶接装置は、溶接条件設定部２３、スイッチング素子４、溶接電圧検出部９、溶接起動指示部１２、短絡／アーク検出部１０、出力制御部１１、記憶部２１、ワイヤ送給速度決定部２２、およびワイヤ送給速度制御部１３を備えている。さらにアーク溶接装置のワイヤ送給速度制御部１３は、アーク１７中に溶接終了信号が入力された後のワイヤ１６と母材１５との初回の短絡の発生までは、ワイヤ１６の送給をそれまでの正送速度のままとする。あるいは、ワイヤ１６の送給をそれまでの正送速度から所定の減速により低減させる。そしてワイヤ送給速度制御部１３は、溶接終了信号が入力された後の初回の短絡が発生すると、ワイヤ１６の逆送を開始して所定のワイヤ逆送速度により所定時間逆送させる。その後、ワイヤ送給速度制御部１３はワイヤ１６の送給を停止させる。出力制御部１１は、ワイヤ１６の逆送中に生じる短絡開放時を時間起点とし、一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止する。
【００４７】
これらによって、適正な大きさのワイヤ１６の先端形状をばらつきなく、またワイヤ１６先端部と母材１５間の溶着を防止するのに十分なワイヤ先端部−母材間距離を得ることができ、生産稼動停止を防止できる。また、溶接終了にかかる時間として例えば背景技術で示した従来制御では１００ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃかかっていた終了時間を、１回の短絡により終了処理を完了させることができる。そのため、溶接終了にかかる時間を概ね３０ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃに短縮でき、生産タクト短縮が可能となり、生産性を向上することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態２では、アーク期間中に溶接終了信号が入力された場合について説明したが、短絡中に溶接終了信号が入力された場合には、入力された時点からワイヤ１６の送給を逆送するようにしても良い。
【００４９】
そのため、入力された時点の短絡中に逆送するので短時間でワイヤ先端部−母材間距離をえることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行う方法および装置として産業上有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１    入力電源
２    主変圧器
３    一次側整流素子
４    スイッチング素子
５    リアクトル
６    二次側整流素子
８    溶接電流検出部
９    溶接電圧検出部
１０    短絡／アーク検出部
１１    出力制御部
１２    溶接起動指示部
１３    ワイヤ送給速度制御部
１４    溶接電源
１５    母材
１６    ワイヤ
１７    アーク
１８    トーチ
１９    ワイヤ送給部
２０    チップ
２１    記憶部
２２    ワイヤ送給速度決定部
２３    溶接条件設定部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク中に溶接終了信号が入力されると溶接用ワイヤを加速させて前記溶接用ワイヤと母材との短絡を発生させ、その後に前記溶接用ワイヤを逆送させて所定のワイヤ逆送速度に達するとワイヤ送給速度を所定の前記ワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接用ワイヤの加速は所定の周期と振幅とにより行い、前記溶接用ワイヤの逆送も前記所定の周期と振幅とにより行うことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合、前記短絡が開放されるまでは前記溶接用ワイヤの加速を行わず、前記短絡が開放されてから前記溶接用ワイヤを加速させて前記短絡を発生させることを特徴とする請求項１または２記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
アーク中に溶接終了信号が入力された後の溶接用ワイヤと母材との初回の短絡発生までは、前記溶接用ワイヤの送給を前記溶接終了信号が入力されるまでの正送速度のままとする、あるいは、前記溶接用ワイヤの送給を前記溶接終了信号が入力されるまでの正送速度から所定の減速により低減させ、前記短絡が発生すると前記溶接用ワイヤの逆送を開始して所定のワイヤ逆送速度で所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定溶接時間出力してから溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項５】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合には、前記溶接終了信号が入力された時点から前記溶接用ワイヤの逆送を開始することを特徴とする請求項４記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
消耗電極である溶接用ワイヤと被溶接物である母材との間においてアークを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接装置であって、
溶接条件を設定するための溶接条件設定部と、
溶接出力を制御するスイッチング素子と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
前記溶接出力の起動あるいは停止を指示するための溶接起動指示部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接用ワイヤと前記母材との溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記溶接条件設定部において設定された設定電流と前記短絡／アーク検出部の出力とに基づいて予め定められた電流波形あるいは電圧波形となるように前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、
前記設定電流とワイヤ送給速度の周波数と前記ワイヤ送給速度の振幅と前記ワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度とを対応付けて記憶する記憶部と、
前記設定電流に基づいて前記記憶部から前記平均ワイヤ送給速度と前記周波数と前記振幅とを決定するワイヤ送給速度決定部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記ワイヤ送給速度決定部の出力とを入力して前記ワイヤ送給速度を正送と逆送とに周期的に繰り返して制御するワイヤ送給速度制御部とを備え、
前記ワイヤ送給速度制御部は前記アーク中に溶接終了信号が入力されると所定の周期と振幅とにより前記溶接用ワイヤを加速させて前記溶接用ワイヤと前記母材との短絡を発生させ、前記所定の周期と振幅とにより前記溶接用ワイヤを逆送させて所定のワイヤ逆送速度に達すると前記ワイヤ送給速度を所定の前記ワイヤ逆送速度に一定制御して所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、
前記出力制御部は前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定時間出力してから前記溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項７】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合、前記ワイヤ送給速度制御部は前記短絡が開放されるまでは前記溶接用ワイヤの加速を行わず、前記短絡が開放されてから所定の周期と振幅とにより前記溶接用ワイヤを加速させて前記溶接用ワイヤと前記母材との短絡を発生させることを特徴とする請求項６記載のアーク溶接装置。
【請求項８】
消耗電極である溶接用ワイヤと被溶接物である母材との間においてアークを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接装置であって、
溶接条件を設定するための溶接条件設定部と、
溶接出力を制御するスイッチング素子と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
前記溶接出力の起動あるいは停止を指示するための溶接起動指示部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接用ワイヤと前記母材との溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記溶接条件設定部において設定された設定電流と前記短絡／アーク検出部の出力とに基づいて予め定められた電流波形あるいは電圧波形となるように前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、
前記設定電流と溶接終了信号が入力された後の前記溶接用ワイヤのワイヤ送給速度とを対応付けて記憶する記憶部と、
前記設定電流に基づいて前記記憶部から前記ワイヤ送給速度を決定するワイヤ送給速度決定部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記ワイヤ送給速度決定部の出力とを入力して前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部とを備え、
前記ワイヤ送給速度制御部は前記アーク中に前記溶接終了信号が入力された後の前記溶接用ワイヤと前記母材との初回の前記短絡の発生までは、前記溶接用ワイヤの送給をそれまでの正送速度のままとする、あるいは、前記溶接用ワイヤの送給をそれまでの正送速度から所定の減速により低減させ、前記溶接終了信号が入力された後の初回の前記短絡が発生すると前記溶接用ワイヤの逆送を開始して所定のワイヤ逆送速度により所定時間逆送させた後に前記溶接用ワイヤの送給を停止させ、前記出力制御部は前記溶接用ワイヤの逆送中に生じる短絡開放時を時間起点として一定の所定溶接電流を所定時間出力してから前記溶接出力を停止することを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項９】
前記短絡中に前記溶接終了信号が入力された場合、前記ワイヤ送給速度制御部は前記溶接終了信号が入力された時点から前記溶接用ワイヤの逆送を開始することを特徴とする請求項８記載のアーク溶接装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2011024380.tif 000009
【図３】
2011024380.tif 000010
【図４】
2011024380.tif 000011
【図５】
2011024380.tif 000012
【国際調査報告】
2011024380.tif 000013
2011024380.tif 000014
2011024380.tif 000015
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